水通道蛋白在肾脏疾病的研究进展

水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展

Pharmacy Information 药物资讯, 2017, 6(2), 55-61 Published Online May 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/518274882.html,/journal/pi https://https://www.360docs.net/doc/518274882.html,/10.12677/pi.2017.62010 文章引用: 张旻澄, 李霁, 于锋. 水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展[J]. 药物资讯, 2017, 6(2): 55-61. The Role of Aquaporins in Renal Fibrosis Mincheng Zhang, Ji Li, Feng Yu * Department of Clinical Pharmacy, School of Basic Medical Sciences and Clinical Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing Jiangsu Received: May 6th , 2017; accepted: May 23rd , 2017; published: May 26th , 2017 Abstract Renal fibrosis is a common pathological characteristic that usually appears during the process of chronic kidney diseases (CKD), which is a kind of progressive damage and almost irreversible. Renal fibrosis induces kidney dysfunction and finally causes renal failure. Epithelial Mesenchymal Transition (EMT) is a pathological process that the epithelial cells lose their original characteristic and express the feature of fibroblast. Renal epithelial mesenchymal transition plays a critical role in renal fibrosis and regulates the process of renal fibrosis. Aquaporin (AQP) is a kind of water channel protein that highly expressed in kidney, which is involved in water transport and the formation of osmotic pressure in kidney. The expression of AQPs changes when renal fibrosis oc-curs. Many renal diseases cause imbalance of water transport, so AQPs in kidney may take part in the regulation of various renal diseases, especially renal fibrosis. This article reviews the function and mechanism between various kinds of AQPs and renal fibrosis. At last, we make an outlook on AQPs as the potential target of the EMT process in renal fibrosis. Keywords Renal Fibrosis, Epithelial Mesenchymal Transition, Aquaporin 水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展张旻澄，李霁，于锋* 中国药科大学基础医学与临床药学学院临床药学教研室，江苏南京收稿日期：2017年5月6日；录用日期：2017年5月23日；发布日期：2017年5月26日 *通讯作者。

水通道蛋白的发现

人类对水通道蛋白的研究自然界很多包括人类在内的各种生物都是由细胞组成的。细胞如同一个由城墙围起来的微小城镇，有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。早年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。而很久以前人们就知道人体重量的70%是水，水是构成生物体最重要的物质之一。水是构成人体的重要物质，那么水是如何进入细胞的呢一直以来，人们都以为水分子进入细胞膜是靠自由扩散，但后来研究中发现细胞膜的主要成分是蛋白质和磷脂，其中磷脂双分子层构成细胞的结构骨架，而水是很难通过脂溶性物质的，那么水是很难进入细胞的，而细胞中含有大量水分那么那么水分子是如何进入细胞的呢早在100多年前，人们就猜测细胞中存在特殊的输送水分子的通道。2０世纪５０年代中期，科学家发现，细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，人们称之为水通道。因为水对于生命至关重要，可以说水通道是最重要的一种细胞膜通道。尽管科学家发现存在水通道，但水通道到底是什么却一直是个谜。２０世纪８０年代中期，美国翰霍普金斯大学医学院的科学家彼得·阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白，经过反复研究，他发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。为了验证自己的发现，阿格雷把含有水通道蛋白的细胞和去除了这种蛋白的细胞进行了对比试验，结果前者能够吸水，后者不能。为进一步验证，他又制造了两种人造细胞膜，一种含有水通道蛋白，一种则不含这种蛋白。他将这两种人造细胞膜分别做成泡状物，然后放在水中，结果第一种泡状物吸收了很多水而膨胀，第二种则没有变化。这些充分说明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水通道。２０００年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张水通道蛋白的高清度立体照片。照片揭示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通过。水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物植物和微生物中，它的种类很多，仅人体内就有１１种。它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起着关键的过滤作用。通常一个成年人每天要产生１７０升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约１升的尿液排出人体。。阿格雷于2003年被授予诺贝尔化学奖。诺贝尔奖评选委员会说，这是个重大发现，开启了细菌、植物和哺乳动物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究之门。水通道蛋白的发现 1988年，Agre等从人类红细胞膜上纯化分离分子量为32x10 的Rh多肽时，偶然鉴定到一种新的分子量为28x10 的整合膜蛋白，并且通过免疫印迹发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中?，把它称为类通道整合膜蛋白(channel—like integralmembrane protein，CHIP28)。随后，在1991年Agre和Preston成功克隆得到了CHIP28的eDNA．通过分析其编码的氨基酸序列，发现CHIP28含有6个跨膜区域、2个N一糖基化位点、且N端和C端都位于膜的胞质一侧。另外，对比CHIP28与早期从牛晶体纤维中克隆得到的主要内源性蛋白(major in—trinsie protein，NIP)的DNA序列，发现二者具有高度同源性。由于很早以前就证实了MIP 家族的成员蛋白参与形成允许水和其他小分子通透的膜通道，因此，推测CHIP28可能也具有类似功能‘。1992年，Preston等通过在非洲爪蟾的卵母细胞中表达CHIP28，首次证实它是一种水通道蛋白。非洲爪蟾的卵母细胞对水具有极低的渗透性，当向其中显微注射体外转录的CHIP28的RNA后，卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀，并于5 min内破裂这一现象表明注射CHIP28的RNA后卯母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步通讯作者确定CHIP28的功能．将提纯的CHIP28构建在蛋白磷脂体中，构建后的蛋白磷脂体对水的通透性增长了50倍．但对尿素却不具备通透性[ 。这些结果最终证实了CHIP28为水通道蛋白，后来它被命名

水通道蛋白

水通道蛋白水通道蛋白是介导水跨膜转运的一大膜蛋白家族，分布于高等脊椎动物上皮细胞或内皮细胞。结构上由28-KDa 亚单位组成四聚体，每个亚单位构成孔径约的水孔通道，在渗透压驱动下实现水双向跨膜转运【1】。目前11 种亚型已经在哺乳动物中被确定，各种亚型的体内分布具有组织特异性，其中水通道蛋白-4 (Aquaporin 4,AQP4)以极化形式集中分布于中枢神经系统脑毛细血管周边的星形胶质细胞足突或室管膜细胞【2】。血脑屏障为脑内另一调控水平衡的复合体，由无窗孔的脑毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基底膜、星形胶质细胞等组成，介于血液和中枢神经系统之间，限制血液中某些离子、大分子物质转移到脑实质，此屏障作用为维持CNS 内环境稳定、保障脑功能正常行使提供了重要保障。BBB 分化发育过程中脑毛细血管内皮细胞间紧密连接的形成虽被认为是其成熟的标志，但BBB 生理功

能的实现有赖于各组成成分间的相互作用。近来对星形胶质细胞调控BBB 物质交换和脑内水平衡方面的作用日益受到重视，并认为与AQP4 表达有关。本文就AQP4 与血脑屏障发育及其完整性关系的研究进展作一综述。分化发育过程中AQP4 的表达目前由于对鸡胚视顶盖中血管及BBB 分化的研究已较完善，因此常被用于BBB 的研究模型。Nico 及其同事【3】采用免疫细胞化学、分子生物学技术研究了鸡胚视顶盖AQP4 在BBB 分化发育过程的动态表达。免疫电镜显示鸡胚视顶盖发育第9 d，BBB仅由不规则的内皮细胞组成，内皮细胞间紧密连接尚未形成，AQP4 未见表达。待发育至第14 d，Western blot 技术首次在约30 kDa 链附近检测出AQP4 的免疫活性，电镜下显示短的内皮细胞间紧密连接已形成，并串联构成BBB 的微血管，星形胶质细胞间断黏附于血管壁，AQP4 不连续地表达于血管周边，血管周围仍然存在小空隙。发育第20 d BBB 成熟，内皮细胞间紧密连接形成，BBB 微血管

水通道蛋白综述与展望

水通道蛋白水通道-从原子结构到临床医学生物膜的透水性在生理学上是一个长期存在的问题，但负责此类蛋白质的蛋白质仍然未知，直到发现水通道蛋白1（AQP1）水通道蛋白。AQP1由渗透梯度驱动的水选择性渗透。人类AQP1的原子结构最近被定义。四聚体的每个亚基含有允许水分子单文件通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。已经鉴定了至少10种哺乳动物水通道蛋白，并且它们被水（水通道蛋白）或水加甘油（水甘油聚糖）选择性渗透。表达位点与临床表型密切相关，从先天性白内障到肾源性尿崩症。在植物，微生物，无脊椎动物和脊椎动物中发现超过200个水通道蛋白家族成员，并且它们对这些生物体的生理学的重要性正在被揭开。在20世纪20年代发现脂质双层提供了当沐浴在较低或较高pH或含有毒性浓度的Ca2 +或其他溶质的细胞外液中时细胞如何维持其最佳细胞内环境的解释。从1950年代开始发现离子通道，交换剂和共转运体为溶质的跨膜运动提供了分子解释。然而，长期以来，假定水的输送是由于通过脂质双层的简单扩散。来自具有高膜渗透性的多个实验系统的观察，例如两栖膀胱和哺乳动物红细胞，表明通过脂质双层的扩散不是水跨越膜的唯一途径。虽然提出了各种解释，但直到10年前发现AQP1才能知道分子水 - 特异性转运蛋白（Preston 等，1999）。

现在人们普遍同意扩散和通道介导的水分运动都存在。通过所有生物膜以相对较低的速度发生扩散。水通道蛋白水通道发现于上皮细胞的一部分10至100倍的水渗透能力。值得注意的是，水通道蛋白水通道的选择性非常高，甚至质子（H3O +）被排斥。在大多数组织中，扩散是双向的，因为水进入细胞并从细胞释放，而水通道蛋白介导的体内水流则由渗透或液压梯度引导。扩散的化学抑制剂是未知的，扩散发生在高Ea（Arrhenius活化能）。相比之下，大多数哺乳动物水通道蛋白受汞的抑制，Ea等同于大量溶液中水的扩散（?5 kcal mol_1）。水通道蛋白的发现说明了偶发性在生物学研究中的重要性，并且引起了上游流体运输过程中水如何穿过生物膜的范式的完全转变。这个话题对正常生理学以及影响人类的多种临床疾病的病理生理学非常重要。水通道蛋白在几乎每一种生物体中被鉴定出来，包括高等哺乳动物，其他脊椎动物，无脊椎动物，植物，真细菌，原细菌和其他微生物，表明这种新认可的蛋白质家族参与了整个自然界的不同生物过程。一、发现AQP1 红细胞Rh血型抗原不知道参与水运（Heitman＆Agre，2000），但是Rh的研究导致了水通道蛋白的偶

水通道蛋白

水通道蛋白水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的水泵”一样。水通道是由约翰霍普金斯大学医学院的美国科学家彼得·阿格雷所发现，他与通过X射线晶体学技术确认钾离子通道结构的洛克斐勒大学霍华休斯医学研究中心的罗德里克·麦金农共同荣获了2003年诺贝尔化学奖。水分子经过Aquaporin时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，因此Aquaporin的蛋白构形为仅能使水分子通过之原因水通道蛋白的发现编辑 Agre等(1988)在分离纯化红细胞膜上的Rh多肽时，发现了一个28 kD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28(channel-forming inte—gral membrane protein，CHIP28)，1991年完成了其cDNA克隆(Verkman，2003)。但当时并不知道该蛋白的功能，在进行功能鉴定时，将体外转录合成的CHIP28 mDNA 注入非洲爪蟾的卵母细胞中，发现在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5 min 内破裂。为进一步确定其功能，又将其构于蛋白磷脂体内，通过活化能及渗透系数的测定及后来的抑制剂敏感性等研究，证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜上存在转运水的特异性通道蛋白，并称CHIP28为Aquaporinl(AQPl)。水通道蛋白分类编辑 AQP0 AQP0最初称之为主体内在蛋白(major intrinsic protein，MIP)，在晶状体纤维中细胞中表达丰富，与晶状体的透明度有关．AQpo的突变可能导致晶状体水肿和白内障。小鼠缺乏AQPO将患先天性白内障[61]。 AQP1 AQP1是1988年发现的,开始将这种蛋白称为通道形成整合蛋白(CHIP),是人的红细胞膜的一种主要蛋白。它可以使红细胞快速膨胀和收缩以适应细胞间渗透性的变化。AQP1蛋白也存在于

水通道蛋白的发现及对人体的作用

水通道蛋白的发现及对人体的作用刘彦成（渭南师范学院环境与生命科学系陕西渭南 714000）摘要：水通道蛋白(aquaporin，AQP) 是一种对水专一的通道蛋白。具有介导水的跨膜转运和调节体内水代谢平衡的功能。水通道蛋白调节失控与水平衡紊乱等一系列疾病密切相关。关键词：细胞膜；水通道蛋白（AQP）；跨膜转运；疾病；调节 Abstract:The pass of water protein (aquaporin, AQP) is one kind of adding water single-minded channel protein.Has lies between leads the water the cross membrane transportation and the adjustment body domestic waters metabolism balance function.Pass of water protein adjustment out of control and level balance disorder and so on a series of disease close correlation. Key word:Cell membrane pass of water protein (AQP) cross membrane transportation disease adjusts 1 水通道蛋白的发现 1.1 细胞膜的运输方式细胞是构成生物的基本单位，细胞与细胞之间则是通过细胞膜来沟通和实现基本的生命活动。细胞膜的主要成分为磷脂和蛋白质，其结构为磷脂双分子层，磷脂双分子层上有糖蛋白，糖蛋白所在一侧为细胞外侧。物质跨膜运输可分为自图1 细胞膜的立体结构由扩散（不需能量、载体），协助扩散（不需要能量、需载体），主动运输（要能量、需载体）三种。还有一些大分子物质是通过胞吞、胞吐方式通过细胞膜，它们需要能量、不要载体。另外还有一种很主要的方式就是通道蛋白。 1.2 生物膜水通道的发现【1】长期以来对于水的运输方式研究者普遍认为主要有两种：即简单的扩散方式和借助离子通道通过磷脂双分子层。近些年研究者发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高, 很难用简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的

水分子通道蛋白的结构与功能的关系

水分子通道蛋白的结构与功能的关系姓名：王国栋院系：基础医学院中西医结合1班学号：20141025 水分子穿越双磷脂生物膜的输运机理是生理学和细胞生物学中一个长期未能解决的重要问题。AQP1水通道蛋白的发现和鉴定使得人们确认出一个新的蛋白质家族———水通道蛋白家族。正是这一蛋白家族的存在，使得水分子可以进行快速的跨膜传输。由晶体学方法解出的哺乳动物AQP1水通道蛋白的原子结构，最终揭示了水通道蛋白只允许水分子快速传输而阻挡其他的小分子和离子（包括质子H+）的筛选输运机理。本文概述了水通道蛋白对水分子筛选传输的机理。一、水通道蛋白的重要性活细胞外面有一层由磷脂组成双层膜，称为双磷脂细胞膜。它将细胞的内环境物质及细胞器等与外部环境区分开。水、离子以及其他极性分子一般不能透过这层双磷脂细胞膜。但是细胞生命活动经常需要有选择性地对这些物质进行快速跨膜传输。这是通过镶嵌在细胞膜上具有输运化学物质功能的膜蛋白来实现的，不同膜蛋白具有输运不同化学物质的能力。水是活细胞的主要组成部分。在活细胞中，水的比例占总重量的70%左右。大多数的细胞生化反应都是在水环境中进行的。水分子的跨膜输运是如何实现的是生命科学中一个非常重要的基本问题。水分子虽然可以以简单渗透扩散方式通过细胞膜，但是扩散速度非常缓慢。科学研究证明，水分子跨越细胞膜的快速输运是通过细胞膜上的一种水通道蛋（aguaporin ，AQP ）实现的。一个AQP1 水通道蛋白分子每秒钟可以允许30 亿个水分子通过。水通道蛋白大量存在于动物、植物等多种生物中。在哺乳动物中，水通道蛋白大量存在于肾脏、血细胞和眼睛等器官中，对体液渗透、泌尿等生理过程非常重要。在植物当中，水通道蛋白直接参与根部水分吸收及整个植物的水平衡。由于水通道蛋白的存在，细胞才可以快速调节自身体积和内部渗透压。由此可见，水通道蛋白对于生命活动至关重要。二、水通道蛋白的结构蛋白质的功能是通过其结构来实现的。要解决一个蛋白的功能机理问题，必须首先解出它的原子结构。 AQP1 在细胞膜中以四聚体形式存在（图1）。每个单聚体（即一个AQP1 分子）是一个独立功能单元，中心存在一个通道管。它由6 个贯穿膜两面的长ɑ螺旋构成基本骨架，其中间有两个嵌入但不贯穿膜的短ɑ螺旋几乎顶对顶地放置着（图2）。在两个短ɑ螺旋相对的顶端各拥有一个在所有水通道家族蛋白中都保守存在的Asn-Pro-Aia （NPA ）氨基酸组单元。它们使得这种顶对顶结构得以稳定存在。从两个螺旋的顶端分别延生出一条氨基酸残基松散链条分别回绕，走向各自的膜面。后面我们会看到这种短ɑ螺旋结合松散链条组成的结构单元对水通道功能非常重要。事实上，这种结构单元不仅存在于水通道蛋白中，还在其图1 水通道蛋白的投影密度图。在双磷脂膜中，4个AOPI 水通道蛋白分子构成一个四聚体。每个水通道分子单体的中心存在一个只允许水分子通过的通道管。

视神经脊髓炎与其特异性抗体——抗水通道蛋白4抗体(综述)

视神经脊髓炎与其特异性抗体——抗水通道蛋白4抗体(综述) 作者：梁松岚，王维治，梁庆成作者单位：哈尔滨医科大学附属第二医院神经内科,黑龙江,哈尔滨,150086 刊名：中国神经免疫学和神经病学杂志英文刊名：CHINESE JOURNAL OF NEUROIMMUNOLOGY AND NEUROLOGY 年，卷(期)：2008,15(2) 参考文献(11条) 1.Lennon VA;Kryzer TJ;Pittock SJ IgG marker of optic-spinal multiple sclerosis binds to the aquaporin-4 water[外文期刊] 2005(04) 2.Lennon VA;Wingerchuk DM;Kryzer TJ A serum autoantibody marker of neuromyelitis optica 2004 3.Takata K;Matsuzaki T;Tajika Y Aquaporins:water channel proteins of the cell membrane 2004(01) 4.Pittock SJ;Weinshenker BG;Lucchinetti CF Neuromyelitis optica brain lesions localized at sites of high aquaporin 4 expression[外文期刊] 2006(7) 5.Vernant JC;Cabre P;Smadja D Recurrent optic neuromyelitis with endocrinopathies:a new syndrome[外文期刊] 1997(01) 6.Roemer SF;Parisi JE;Lennon VA Pattern-specific loss of aquaporin-4 immunoreactivity distinguishes neuromyelitis optica from multiple sclerosis[外文期刊] 2007(05) 7.Misu T;Fujihara K;Kakita A Loss of aquaporin 4 in lesions of neuromyelitis optica:distinction from multiple sclerosis[外文期刊] 2007(05) 8.Takahashi T;Fujihara K;Nakashima I Anti-aquaporin-4 antibody is involved in the pathogenesis of NMO:a study on antibody titre[外文期刊] 2007(05) 9.Weinshenker BG;Wingerchuk DM;Vukusic S Neuromyelitis optica IgG predicts relapse after longitudinally extensive transverse myelitis[外文期刊] 2006(03) 10.Paul F;Jarius S;Aktas O Antibody to aquaporin 4 in the diagnosis of neuromyelitis optica[外文期刊] 2007(04) 11.Matsuoka T;Matsushita T;Kawano Y Heterogeneity of aquaporin-4 autoimmunity and spinal cord lesions in multiple sclerosis in Japanese[外文期刊] 2007(05) 本文读者也读过(10条) 1.王慧娟抗水通道蛋白-4抗体对MS与NMO鉴别诊断价值的研究进展[学位论文]2008 2.陈敏水通道蛋白-4与视神经脊髓炎[期刊论文]-中国实用神经疾病杂志2011,14(13) 3.肖琴华.涂江龙.熊友生水通道蛋白4与视神经脊髓炎[期刊论文]-中国临床神经科学2008,16(4) 4.孙巧松.刘俊秀.丰岩清.国宁.陈曦.赖蓉.黄帆.SUN Qiao-song.LIU Jun-xiu.FENG Yan-qing.GUO Ning.CHEN Xi .LAI Rong.HUANG Fan中国人视神经脊髓炎疾病谱NMO-IgG/anti-AQP4抗体检测方法学的比较[期刊论文]-中山大学学报（医学科学版）2010,31(6) 5.宋德禄.钟勇.Song Delu.Zhong Yong水通道蛋白4在视神经脊髓炎发病机制中的研究进展[期刊论文]-眼科研究2009,27(7) 6.尤小凡.胡文立水通道蛋白4与视神经脊髓炎的发病机制[期刊论文]-中华神经科杂志2010,43(4) 7.武雷.黄德晖.吴卫平水通道蛋白4抗体在视神经脊髓炎发病机制中的作用[期刊论文]-中国神经免疫学和神经病学杂志2011,18(6)

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理王晶桑建利（北京师范大学生命科学学院北京 100875）摘要水通道蛋白是一个具有跨膜运输水分子功能的蛋白家族。从1988 年Agre 等发现水通道蛋白起，目前在不同物种中已经发现了200 余种水通道蛋白，其中存在哺乳动物体内的有13 种。概述了水通道蛋白的结构、组织特异性分布及特异性通透机理。关键词水通道蛋白水分跨膜转运水分子的跨膜转运对维持不同区域的液体平衡和内环境稳态非常重要。水分子作为一种不带电荷且半径极小的极性分子，很早被证实能通过自由扩散穿透脂质双分子层。在发现水通道蛋白以前，人们一直认为这是水分子透过质膜的唯一方式。但通过实验发现，红细胞和肾小管细胞中水的通透速率之快远非简单扩散强度所能提供的，因此猜测，质膜上可能存在某种通道介导水的转运。 1 水通道蛋白的发现 1988年，Agre 等从人类红细胞膜上纯化分离分子量为32×106的Rh 多肽时，偶然鉴定到一种新的分子量为28×106的整合膜蛋白，并且通过免疫印迹发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中［1］，把它称为类通道整合膜蛋白（channel-like integralmembrane protein, CHIP28）。随后，在1991 年Agre 和Preston 成功克隆得到了CHIP28 的cDNA，通过分析其编码的氨基酸序列，发现CHIP28 含有6个跨膜区域、2个N-糖基化位点、且N 端和C 端都位于膜的胞质一侧。另外，对比CHIP28 与早期从牛晶体纤维中克隆得到的主要内源性蛋白（major intrinsicprotein,MIP）的DNA 序列，发现二者具有高度同源性。由于很早以前就证实了MIP 家族的成员蛋白参与形成允许水和其他小分子通透的膜通道，因此，推测CHIP28 可能也具有类似功能［2］。1992 年，Preston 等通过在非洲爪蟾的卵母细胞中表达CHIP28，首次证实它是一种水通道蛋白。非洲爪蟾的卵母细胞对水具有极低的渗透性，当向其中显微注射体外转录的CHIP28 的RNA后，卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀，并于5 min内破裂。这一现象表明注射CHIP28 的RNA 后卵母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步确定CHIP28 的功能，将提纯的CHIP28 构建在蛋白磷脂体中，构建后的蛋白磷脂体对水的通透性增长了50 倍，但对尿素却不具备通透性［3］。这些结果最终证实了CHIP28 为水通道蛋白，后来它被命名为水通道蛋白-1（aquaporin-1，AQP1）。水通道蛋白的发现，开辟了一个崭新的领域。随着更多亚型的发现，水通道蛋白相关研究成为了膜转运方向的研究热点，Agre 也因其对水通道蛋白做出的突出贡献而获得2003 年诺贝尔化学奖。 2 水通道蛋白的分子结构水通道蛋白分布广泛，目前已在哺乳动物、两栖类、植物、酵母、细菌以及各种各样的有机体中发现水通道蛋白的存在。水通道蛋白是一类高度保守的疏水小分子膜整合蛋白，各种亚型之间蛋白序列及三维结构非常相似。哺乳动物水通道蛋白的分子大小在26×106～34×106之间，氨基酸序列同源性为19%~52%［4］。因水通道蛋白的三维结构相似，一般以AQP1的结构作为代表。AQP1 是一条由269 个氨基酸残基构成的单肽链，对比AQP1 分子前后半段的氨基酸序列，发现2 段序列具有相关性，推测AQP1在进化上可能是通过基因复制而来。单肽链

水通道蛋白相关疾病阅读材料

四．水通道蛋白相关疾病当水通道蛋白的调节出现紊乱的时候，则可能引起多种疾病。（一）肾脏水通道蛋白和相关疾病研究表明，水通道蛋白基因突变将引起尿崩症(diabetesinsipidus，DI)。尿崩症广义上讲是指多饮、低比重尿和低渗尿为特征的一组综合征。目前报道的多数遗传性肾性尿崩症病例是以X连锁方式遗传的,由编码V2 受体的基因突变引起，另外的病例则是由于编码AQP2基因的突变引起，以常染色体显性或隐性方式遗传[11]。（二）肺部水通道蛋白和相关疾病肺水通道蛋白的异常与肺疾病的关系已有诸多实验报道。AQP可能参与肺水肿的发病机制。在各种肺损伤中，存在着大量的水的异常跨膜转运及在肺组织中的异常聚集等情况，这些情况均可能与水通道蛋白有关。在小鼠病毒性肺炎模型中，发现AQP1和AQP5在鼠肺中的表达降低，这说明肺水在肺间质中聚集的重要原因就是水通道蛋白的减少，导致水不能及时排出而出现水肿。哮喘发作时，水分子运动在气道阻塞中起重要作用，特别在冷哮喘或运动哮喘时, 上皮黏膜下血管(含AQP1) 、气管及支气管(含AQP3 和AQP4) 的肿胀是形成气道阻塞的重要原因[1]。从而说明了水通道蛋白和哮喘的发生也有密切关系。（三）水通道蛋白及癌症水通道蛋白在肿瘤组织的表达及其与肿瘤细胞转移的关系可能将会是今后研究的热门。多年研究表明，为满足快速增殖、分裂和侵袭转移的需要，肿瘤细胞内一系列酶的活性和表达会发生改变，细胞基本结构成分如蛋白质、脂类和核酸的合成加强。癌细胞的所有生命活动都离不开水的微环境和参与，癌细胞比正常细胞更需要水分子的快速跨膜转运。

目前的研究表明，部分AQPs在肿瘤组织中表达明显增高或降低。在脑胶质瘤中水通道蛋白的表达明显增多，脑胶质瘤多伴有脑水肿的发生。经证实，AQP 1和AQP4在脑胶质瘤中的表达明显高于正常组织，且在星型细胞的表达量与恶性程度有直接关系[8]。 AQPs同时还可能促进肿瘤血管增生，增强肿瘤血管渗透性，在肿瘤的生长和扩散、侵袭和转移中有重要作用。多数肿瘤有很高的组织间隙液体压力，其新生血管对血浆蛋白及其他循环体系中的高分子物质具有很高的通透性。目前认为这种不正常的通透性是因为许多肿瘤细胞分泌的血管渗透性因子（vascular pe rmeability factor,VPF）和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)。目前已知AQP1表达于红细胞膜上，毛细血管内皮细胞，人大、小动脉以及动脉粥样硬化斑的血管平滑肌细胞上。AQP1基因敲除小鼠表明AQP1提供了一定数量的水通路的排出，引起水通过毛细血管内皮细胞的渗透性升高。AQP1通路代表了微血管壁整个通过细胞间的10％～45％的液体渗透性，因此认为AQP1可能与血管渗透性有很大关系。同时还发现应用AQP抑制剂可以部分抑制肿瘤侵袭和转移。肿瘤侵袭和转移是一个高度选择性的过程，其依赖于肿瘤特性和它们周围独特的微环境之间的复杂反应。据报道恶性肿瘤细胞外环境的酸化可以提高肿瘤的侵袭性，在正常组织，酸性产物可以被碳酸酐酶催化，碳酸酐酶在肿瘤生长和转移中有重要作用，某些碳酸酐酶在特定的肿瘤上有过量表达。大部分肿瘤的高血管渗透性和高组织间隙渗透压可能是由于肿瘤微环境的酸化，以及广泛分布于肿瘤上的水通道蛋白的活性引起。AQP1是唯一表达于肾脏近曲小管上皮细胞的水通道，对尿液的浓缩和稀释过程起重要作用。碳酸酐酶抑制剂是一类作用于肾脏近曲小管的利尿剂，如乙酰唑胺，其作用位点与AQP1的组织分布一致，体外实验表明可以抑制肿瘤细胞的侵袭能力。荷瘤小鼠癌组织中AQP1的蛋白水平显著高于正常组织，用乙酰唑胺治疗后，AQP1表达明显降低，显著抑制肿瘤转移。因此认为乙酰唑胺抑制肿瘤转移的作用是因为下调了AQP1的表达。以上理论为我们提供了一种全新的思路，或许可以开发应用水通道蛋白抑制剂来治疗肿瘤。[8]

水通道蛋白1在哺乳动物体内的分布及功能_蔡倩倩

解剖科学进展　Progress of Anatomical Sciences　2012 Sep,18(5):469~472 水通道蛋白1在哺乳动物体内的分布及功能 *蔡倩倩，高俊英，谭美芸，肖　明（南京医科大学人体解剖学系，江苏南京 210029）【摘要】　水通道蛋白1（aquaporins1，AQP1）是参与水分子跨膜转运的重要膜通道蛋白家族成员之一，广泛分布于各组织中，在机体物质代谢和水平衡中起着重要的作用。本文就AQP1在哺乳动物各组织中的表达和分布及其参与脑脊液的产生、细胞生物学特性的调节和感觉传导等方面相关功能的研究现况和进展作一综述。【中图分类号】　Q 469 【文献标识码】　A 【文章编号】　1006-2947（2012）05-0469-04 【收稿日期】 2011-12-05 【基金项目】国家自然科学基金资助项目 ( Ky1010121091111127 )*通讯作者（To whom correspondence should be addressed） Distribution and function of aquaporin 1 in the mammalian body *CAI Qian-qian, GAO Jun-ying , TAN Mei-yun, XIAO Ming ( Department of Anatomy, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China ) 【Abstract】　Aquaporin1 (AQP1), one of the most important water-transport membrane channel protein family members, is extensively distributed in various tissue and contributes to the maintenance of metabolism and water balance. In this review, we summarized the localization and expression of AQP1 in different tissues in the mammalian body and recent progress of its role in the cerebrospinal fluid production, cellular biological characteristic modulation and sensory transduction. Agre研究小组（1988）在分离红细胞膜、纯化RT-PCR、原位杂交，组织化学、免疫电镜、Rh多肽时发现了一个28kDa的疏水性跨膜蛋白，并Western blot等方法的研究从基因和蛋白水平证实于1991年完成了对该蛋白的cDNA克隆，分析得出其AQP1在哺乳动物体内的分布。结果表明AQP1广泛是由269个氨基酸组成的多肽序列，他们将之命名为分布于直接参与液体平衡调节的组织和细胞，如肾[1,2]单位的近端小管和髓袢降支细段上皮细胞的顶质CHIP28（28kDa的通道样整合膜蛋白）。由于其在膜、红细胞膜、肺泡上皮细胞、毛细血管内皮细红细胞膜表面的表达量较高，而红细胞对水分子有胞、肝胆管、胆囊、睫状体和晶状体上皮以及角膜高度通透性，因而推测该蛋白可能参与水分子的跨内皮细胞的顶侧和基底侧膜以及脉络丛上皮细胞的膜转运。为此，他们将非洲爪蟾的卵母细胞转染[4, 5]CHIP28 RNA后发现其对水的通透性增加，从而证实顶膜。不仅如此，在神经组织中也发现了AQP1的[3]表达与分布。如鼠类的三叉神经节、背根神经节中CHIP28参与水分子的跨膜转运。1997年国际基因组[6]将这种蛋白正式命名为水通道蛋白1（aquaporin 1，部分初级感觉神经元；人类的脑内星形胶质细胞除[7]AQP1）。Arge也因此获得2003年的诺贝尔化学奖。了表达AQP1 外，也表达AQP4。人类内脏神经丛内[8]的胶质细胞和坐骨神经轴突亦表达AQP1。1　AQP1在组织中的表达与分布 2　AQP1在脑脊液的产生过程中起重要作用 AQP1作为第一个被发现的水通道蛋白，在机体多种组织细胞上均有表达，在与体液产生和循环密大量的研究表明AQP1在脑脉络丛上皮细胞上特切相关的上皮细胞与内皮细胞中含量尤其丰富，在异性分布，并参与脑脊液的产生和循环过程。来自[9]水转运和平衡方面起重要作用。一系列基于免疫、 Oshio等的研究表明AQP1基因敲除小鼠脑脊液的生成较野生型小鼠有所减少，减少量为20%-25%。这一数据表明，脉络丛参与60%-80%脑脊液的生成，脉络丛外的脑实质细胞辅助这一过程，当前者结构

水通道蛋白综述与展望

水通道蛋白水通道- 从原子结构到临床医学生物膜的透水性在生理学上是一个长期存在的问题，但负责此类蛋白质的蛋白质仍然未知，直到发现水通道蛋白1（AQP1）水通道蛋白。AQP1由渗透梯度驱动的水选择性渗透。人类AQP1的原子结构最近被定义。四聚体的每个亚基含有允许水分子单文件通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。已经鉴定了至少10种哺乳动物水通道蛋白，并且它们被水（水通道蛋白）或水加甘油（水甘油聚糖）选择性渗透。表达位点与临床表型密切相关，从先天性白内障到肾源性尿崩症。在植物，微生物，无脊椎动物和脊椎动物中发现超过200个水通道蛋白家族成员，并且它们对这些生物体的生理学的重要性正在被揭开。在20世纪20年代发现脂质双层提供了当沐浴在较低或较高pH或含有毒性浓度的Ca2 +或其他溶质的细胞外液中时细胞如何维持其最佳细胞内环境的解释。从1950年代开始发现离子通道，交换剂和共转运体为溶质的跨膜运动提供了分子解释。然而，长期以来，假定水的输送是由于通过脂质双层的简单扩散。来自具有高膜渗透性的多个实验系统的观察，例如两栖膀胱和哺乳动物红细胞，表明通过脂质双层的扩散不是水跨越膜的唯一途径。虽然提出了各种解释，但直到10年前发现AQP1才能知道分子水- 特异性转运蛋白（Preston等，1999）。

干旱胁迫诱导下植物基因的表达与调控

干旱胁迫诱导下植物基因的表达与调控 X 杜金友陈晓阳X X 李伟高琼 (北京林业大学林木花卉遗传育种与基因工程实验室,北京 100083) 摘要: 干旱胁迫能够诱导植物表达大量的基因,研究这些基因的表达与调控,为植物抗旱的定向育种创造条件。本文系统介绍了在干旱胁迫条件下,植物体内渗透调节物质和可溶性糖合成有关的基因、离子和水分通道及Lea 蛋白基因的表达,以及与这些基因表达相关的调控元件和因子,干旱胁迫信号转导等方面的最新研究进展。关键词: 植物干旱胁迫基因表达调控信号传导 Expression and Regulation of Genes Induced by Drought Stress in Plant Du Jinyou Chen Xiaoyang X X Li Wei Gao Qiong (Kay Laboratory f or Genetic imp rovemen t in Tr e es and Or namental p lants ,M OE ,Beijing Forestry Univers ity ,Beijing 100083) A bstra ct : Understanding expression and Regulation of numerous genes induced by drought str ess will be help to broaden the possibilities for genetically engineering plants.Here we try to give an overview of t he gene expression pro 2gr ammes that are triggered by drought stress or dehydration,with particular reference to the regulation of their expression and single tr ansduct ion of dr o ught or dehydr at ion. K e y words : Plant Drought stress Gene expr ession and regulation Single transduction 干旱是影响植物生长和发育的主要环境因子之一。在西部地区,干旱胁迫严重地影响了地表植被的生长,导致了当地严重的生态问题。如:草地退化、土壤荒漠化等。培育适应当地立地条件的优良抗旱牧草和树木(特别是可以作为饲料的灌木),是解决这个问题的重要措施之一。利用植物基因工程技术,克隆并转化抗旱基因,使其在其它植物中表达,可以加快抗旱新品种的选育。然而这需要对抗旱基因的表达与调控机制有一个深入的了解。在干旱胁迫条件下,植物会特异地表达一些基因,通过研究这些被干旱胁迫所诱导的基因,可能找到植物对干旱胁迫的适应及抵御机理,并为植物抗旱基因工程提供理论支持和目的基因。近年来,国内外很多科学家在干旱胁迫诱导基因表达、基因调控以及信号转导等方面做了大量的工作,本文综述这方面研究的最新进展,以供相关研究者借鉴。 1 与植物抗旱相关的物质干旱胁迫能够诱导植物表达的大量基因,这些基因的表达与调控使植物能够抵御干旱胁迫对植物造成的伤害,在不同植物中,这些基因有很大差异。Seki 等 [1] 使用大约1300个全长拟南芥(Arabidopsis thaliana )cDNA 微阵列,来确定干旱诱导基因及DREB1A P CBF3)一个控制胁迫诱导基因表达的转录因子,共发现44个干旱诱导基因,其中30个新基因没有报道,这些基因的功能需要进一步的确定。这充分说明了干旱胁迫可以诱导表达的基因数量之多,也反映出研究干旱胁迫诱导基因表达这项工作的复杂性。在干旱胁迫诱导所表达的基因当中,所涉及的范围很广,有起到胁迫生理调节的关键酶的基因,也有Lea 蛋白基因和调控因子基因等等。1.1 渗透调节物质,可溶性糖在干旱胁迫环境中,植物为了减缓由胁迫造成 X 国家高技术研究发展计划(863计划)/豆科饲料型灌木抗逆新品种选育0(2002AA241111)资助作者简介:杜金友,1970年生,男,北京林业大学在读博士X X 陈晓阳,通讯联系人,北京林业大学林木遗传育种学教授,博士生导师生物技术通报 #综述与专论# BI OTECHNOLOGY BULLETI N 2004年第2期